Potentiel des systèmes énergétiques hybrides éolien-diesel-air comprimé pour les sites miniers

CONTEXTE : Le Québec est parmi les provinces au Canada dont l’électrification des régions isolées pose toujours d’immenses défis techniques et financiers. Aux communautés isolées (villages nordiques, îles) qui constituent près d’une quarantaine de réseaux autonomes desservis par Hydro-Québec (HQ), il faut ajouter les installations d’exploration et d’extraction minières qui ne sont pas connectées au réseau de distribution et de transport d’électricité. Ces sociétés d’extraction minière ont connu une croissance soutenue au cours des dernières années surtout avec la construction de nouvelles mines dans le Nord du Québec tant par les acteurs traditionnels que par les producteurs nouvellement arrivés. Cette croissance rapide engendre certains obstacles significatifs comme le besoin de fournir une énergie propre et fiable, nécessaire pour soutenir les exigences croissantes des opérations d’extraction. À ce jour, pour la plupart des sites isolés, les besoins énergétiques sont complètement assurés par des groupes électrogènes diesel (GD). Cela est imputable au fait qu’il s’avère trop complexe de prolonger le réseau jusqu’à ces secteurs en raison du coût élevé des lignes électriques (1 M $/km), des pertes liées à la distribution de la puissance et/ou parce que le coût d’une telle opération n’est pas justifiée par rapport à l’utilisation actuelle des GD. Néanmoins, l’approvisionnement énergétique des sites miniers employant des GD est inefficace, très onéreux et responsable de l’émission de grandes quantités de gaz à effet de serre (GES). En outre, avec l’accroissement actuel et futur des prix du carburant et, par conséquence, les coûts élevés de son transport, les dépenses financières liées à l’énergie sont ainsi appelées à croître davantage. Dans ce contexte, le camp minier Esker de l’entreprise Tshiuetin – un transporteur de produits miniers et de passagers par voie ferrée, partenaire de l’Institut Technologique de Maintenance Industrielle (ITMI) du CEGEP de Sept-Îles – désirait réduire sa dépendance au carburant fossile. Ce camp minier se trouve sur une partie non électrifiée de la voie ferrée QNS&L qui est utilisée par plusieurs entreprises entre Sept-îles et Schefferville. Avec la venue de nouveaux acteurs, le camp requerrait des travaux d’agrandissements d’où découlaient des besoins d’électrification devant être réalisés en 2017.   

OBJECTIFS : Le présent projet SHEDAC visait à valider l’implantation d’une centrale de production énergétique hybride éolien-diesel-air comprimé (SHEDAC ou WDCAS, en anglais) afin d’augmenter de 50 % la capacité de production électrique du camp Esker de l’entreprise Transport Ferroviaire Tshiuetin Inc. en limitant l’impact environnemental. Ce projet venait appuyer l’utilisation d’une source d’énergie alternative et verte avec un principe innovateur : en période de surproduction éolienne, l’utiliser pour stocker de l’air comprimé et en période de pointe, faire fonctionner conjointement l’éolienne et le groupe diesel avec ce dernier en mode suralimenté pour augmenter sa capacité ou diminuer sa consommation. Le projet visait spécifiquement à: (1) assurer la disponibilité de l’électricité en tout temps, (2) utiliser de manière prioritaire l’énergie renouvelable, (3) assurer une haute pénétration de la source d’énergie renouvelable sans compromettre l’efficacité du groupe électrogène diesel, (4) assurer un coût de revient du kWh minimal, (5) assurer un produit robuste demandant un minimum d’entretien, (6) proposer un système pouvant fonctionner en milieu nordique, (7) faciliter l’installation du système et rationaliser au maximum les charges d’énergie.

RÉSULTATS OBTENUS : (1) le développement d’une expertise forte dans l’ingénierie des systèmes énergétiques hybrides en milieu nordique qui a donné lieu à la formation de 6 personnes au niveau maîtrise, 2 au niveau du doctorat dont l’une a poursuivi au post-doc sur la commande des systèmes SHEDAC, (2) une connaissance nouvelle des applications SHEDAC, (3) le développement d’une technologie de contrôle prédictif de consommation/production comme en témoignent les publications scientifiques qui découlent de ce projet, (4) une collaboration nationale et internationale nouvelle entres équipes complémentaires puisque nous avons pu compter sur les conseil d’un collègue allemand pour la partie contrôle, (5) une approche intégrée de la gestion énergétique dans des stations/camps/villages isolés grâce à l’algorithme de contrôle en temps réel développés par le chercheur Miloud Rezkallah.

RETOMBÉES : (1) une réduction de l’impact écologique par un facteur de presque 2 de l’emploi de diesel pour l’alimentation électrique du camp Esker, (2) la formation de personnel hautement qualifié, 8 au niveau gradué universitaire en plus des 4 stagiaires des collèges impliqués, (3) du contenu pour la création de formations spécifiques sur les sujets relatifs au projet, (4) des devis techniques pour implanter les applications SHEDAC puisque nous pourrions implanter l’une des solutions développées à Esker, (5) une entreprise qui a à sa disposition une technologie qu’elle peut implanter ailleurs en sites isolés en fonction de la charge et des conditions climatiques. 

ORGANISMES PARTENAIRES : Les organismes partenaires de ce projet sont : (1) Institut Technologique de Maintenance industrielle (ITMI) et sa chaire de recherche en exploitation et maintenance ferroviaire (D. Ramdenee) qui assurait le lien entre la région, l’entreprise et le groupe de chercheurs en plus de superviser l’implantation; (2) le Groupe de recherche en technologies de l’énergie et en efficacité énergique de l’ÉTS qui coordonnait l’ensemble, effectuait les bilans énergétiques globaux (D. Rousse) et assurait la modélisation de la conversion énergétique (A. Chandra); (3) le LREE (A. Ilinca) de l’UQAR qui apportait son expertise en production d’énergie éolienne; (4) le Techno Centre Éolien (H. Ibrahim) qui possédait l’expertise des systèmes hybrides éolien-diesel-air comprimé; et (5) l’entreprise Tsheutin qui peut désormais décider d’implanter une centrale de production hybride pour alimenter le camp Esker ou toute autre installation privée de réseau électrique.